对水下灌注桩几个基本问题的思考.doc
对水下灌注桩几个基本问题的思考1.前言水下混凝土的密实机理、影响灌注质量的主要因素、设计强度的特征以及桩身完整性与承载力的关系等，是水下灌注桩施工必须面对和准确把握的问题。然而从业以来发现，由于专业知识的欠缺,或者对规范条文的误解，导致在上述问题上存在着一些模棱两可、似是而非的认识，有必要加以剖析。2.水下混凝土的适用范围灌注桩都可以采用水下混凝土灌注。其中对于挖孔桩，修订前的公路桥规提倡尽可能采用空气中的混凝土灌注，只有当孔内渗水速度大于6mm/min时，应采用水下混凝土灌注；现行规范规定，孔内有积水时必须采用水下混凝土灌注。由此可见，规范在修订时考虑到孔内或多或少会有地下水的渗入，加上操作条件和施工环境的限制，若采用空气中混凝土灌注, 质量和安全存在一定风险，因而愈来愈倾向于采用水下混凝土灌注。3.水下混凝土的优缺点 3.1优点3.1.1减轻了环境水对混凝土拌和物的侵蚀；3.1.2无需人工振捣，保障施工安全；3.1.3克服了漏振、过振产生的蜂窝、空洞及泌水、离析现象；3.1.4避免了因分层灌注，孔壁掉渣引起的层间夹渣现象；3.1.5灌注时间短，施工效率高。3.2缺点3.2.1灌注过程直观性差，一些异常情况不能及时发现和处理；3.2.2对原材料及拌和物的质量要求高；3.2.3需要的机具多，工艺较复杂；3.2.4混凝土强度有所降低；3.2.5造价偏高。4.水下混凝土的密实4.1水下混凝土的密实机理水下混凝土是指在陆地上拌制而在水环境中灌注和硬化的混凝土，它主要依靠自重和下落时的冲击作用密实。自密实混凝土是指浇注时依靠其自重流动，无需振捣而达到密实的混凝土。因而水下混凝土属于自密实混凝土的范畴。当采用水下混凝土工艺灌注无水桩时，严格的讲应称其为自密实混凝土。4.2孔内水位与密实性的关系挖孔桩在灌注水下混凝土之前，若孔内有流水，应向孔内灌水，至少与孔外稳定地下水位同样高度，若孔壁土质易坍塌，应使孔内水位高于稳定的地下水位11.5m1。此项规定，是为了防止混凝土中水泥浆的流失和保持孔壁稳定，是不得已而为之，并未考虑孔内水压力对混凝土密实性的影响，因而无需再向静水乃至无水的桩孔内灌水。泥浆在钻孔时的主要作用是护壁、悬浮携渣和润滑钻头。灌注过程中，泥浆的存在增加了灌注事故发生的机率及处理难度，同时泥浆不可避免会掺混到水下混凝土内，影响混凝土的质量。而挖孔桩的孔壁已经稳定，再向孔内灌水有百害而无一利。 4.3振捣与密实性的关系规范2规定导管最小埋深为2m，目的是防止上部压力不足造成的断桩夹层。并未要求灌注静水或无水桩时必须对埋深小于2m的混凝土进行振捣。而必须对桩顶2m范围内的混凝土进行振捣的规定，是针对坍落度只有7090mm，并采用导管灌注的空气中的混凝土而言。实际上，当混凝土的坍落度大于150mm时，振捣时间的长短对混凝土密实性的影响很小。水下混凝土拌和物的坍落度大，流动性好，振捣与未振捣的抗压强度非常接近3。为改善“松顶”引起的强度降低而对桩顶附近混凝土进行的振捣，属于二次振捣的范畴。5.对和易性的特殊要求水下混凝土属于一次成型自密实混凝土，其拌和物的和易性无法通过人工摊铺及振捣来改善。和易性不好，轻则在混凝土中形成蜂窝或空洞，重则造成堵管事故，使灌注无法顺利进行；尤其是大直径桩需要的混凝土数量多,混凝土沿导管向四周水平流动的径向距离较大；因此对和易性提出了更高的要求。拌和物的和易性表现在流动性、粘聚性和保水性三个方面。对水下混凝土的一般要求是入孔坍落度（180220mm）和扩散度（340380mm）满足要求。试体坍落时均匀下沉，坍落的锥体边缘具有圆的形状，无水泥浆流出。拌和物仅仅具有最初的和易性，还不能表明水下灌注的适用性。应该在运输、灌注和在孔内扩散过程中都保持一定流动性和均匀性，无分层离析现象，即具有良好的流动性保持能力。水下混凝土拌和物流动性保持能力用其在灌注条件下，保持坍落度为150mm的时间来作为指标。对于导管法灌注的水下混凝土拌和物一般要求为12h。拌和物坍落度的增大或损失，本质上是组成混凝土材料的水泥浆流动性的变化，也就是水泥粒子的分散和凝聚的过程。水泥在水化时产生Ca（OH）2、CSH等水化物，致使混凝土拌和物粘度增加，造成坍落度随时间的延长而降低，特别是0.5h以后坍落度损失加快。坍落度损失的大小与初始坍落成正比，初始坍落度愈大，坍落度损失亦愈大。所以，不宜采用提高初始坍落度的方法来抵消预计坍落度损失。早期的坍落度损失与混凝土拌和物的温度成正比，温度愈高损失愈大。掺减水剂、尤其是高效减水剂后，虽然在拌和初期对水泥的分散作用加大，但由于减少了用水量，使水泥的初期水化速度有所加快，粘度增加，凝聚趋势明显，坍落度损失严重。6.水下混凝土设计强度的特征在相同配比下，水下混凝土的实测强度小于空气中混凝土的实测强度，降低幅度与孔内水位、泥浆浓度以及对混凝土的扰动等因素有关。规范4 因此统一将水下混凝土的强度提高了一个等级。这表明水下混凝土的设计强度与空气中混凝土的设计强度是两个不同的概念。水下混凝土的设计强度既不是桩身计算时的强度，也不是判定桩身实际强度的标准；而只是计算配制强度的依据以及判定标准养生试件的标准。譬如C25之于C20。7.桩身完整性与承载力桩身完整性能反映桩身长度和截面尺寸、桩身材料密实性和连续性的综合状态。桩的承载力包括两层涵义，即桩身结构承载力和支撑桩结构的地基岩土承载力。桩的破坏可能是桩身结构破坏或支撑桩结构的地基岩土承载力达到了极限状态，多数情况下桩的承载力受后者制约。桩身完整性与承载力具有一定相关性，桩身存在较大缺陷的桩基承载力往往也难以保证，但是根据桩身完整性判定的、类桩其承载力往往也可以满足工程需要。因此对于缺陷桩，应根据实际参数以及缺陷形状、类型及部位重新验算和综合判定。8.结语8.1水下混凝土主要依靠自重和下落时的冲击作用密实，与孔内水位的高低无关。挖孔桩可在静水乃至无水状态下灌注，无须灌水或振捣。与泥浆护壁的钻孔桩相比，挖孔桩在水下灌注过程中发现异常情况时容易处理，桩身完整性好、强度高。挖孔桩亦可部分采用水下混凝土灌注。下部采用水下混凝土以防止“烂根”，上部采用空气中的混凝土以防止“松顶”。8.2拌和物的和易性是影响灌注质量的主要因素之一。水下混凝土的自密实性质，对和易性提出了更高的要求。拌和物不仅要具有最初的和易性，还要具有良好的和易性保持能力。施工规范中，和易性定量控制指标只有坍落度一项，略显不足。8.3灌注桩混凝土强度等级有空气中灌注与水下灌注之分，不能混为一谈。考虑到灌注过程中水和泥浆不可避免会掺混到水下混凝土中，影响混凝土的质量，规范将水下混凝土的强度提高了一个等级。由于规范条文在此问题上表述的不够精确，会导致设计5中将水下混凝土的强度等同于空气中混凝土的强度，或者在施工中将水下混凝土的配制强度再乘以一个大于1的系数。桩身实际强度等级应在施工图中注明，以免在钻芯检测时造成误判。8.4桩身完整性与承载力具有一定相关性，但用完整性推断承载力存在一定的不确定性。可能出现完整性合格，而承载力不合格；或者完整性不合格，而承载力合格的情况。
